Вятский государственный университет, Киров, Россия:

М. З. Певзнер, профессор, эл. почта: mikhailpevzner@yandex.ru

В работе принимали участие В. М. Михалев, И. В. Харитонова, С. Н. Поляев, Н. С. Попова, В. А. Русакова, Е. М. Куликова, +Л. В. Машинина.

Исследовано влияние примеси Si в сочетании с примесью Pb, структурными и технологическими факторами на качество высокочастотной непрерывной сварки труб. Цель исследования — определение эффективности легирования кремнием и разработка наиболее эффективного процесса производства ленточной заготовки для высокочастотной сварки, в частности путем установления оптималь ной степени такого легирования. Представлены результаты пассивных и активно-пассивных промышленных экспериментов, когда часть параметров неизменно соответствует традиционному производственному процессу, а часть варьируется как случайным образом за счет меняющегося химического состава используемой шихты, так и целенаправленно. При плавке латуни Л68 в печах ИЛК-1.6 в качестве одного из компонентов шихты как правило использовали лом из кремнийсодержащего сплава ЛК75-0,5 или вводили в расплав чистый Si, в результате чего его содержание колебалось в пределах 0,003–0,480 %. Предварительно спектральным экспресс-анализом контролировали состав литой пробы, а окончательно — состав отрезанных уголков слитков. Слитки нагревали до температуры 800–840 ^oC, причем слитки с содержанием 0,1 % Si — отдельно до верхних значений этого температурного интервала. После горячей прокатки до 5,5 мм и двустороннего фрезерования полосы прокатывали на трехклетевом стане в два прохода до промежуточной толщины 3,2 мм, а затем — до конечной 1,4–1,6 мм. Часть партий ленты отжигали в размере 3,2 мм (число переходов k = 2), а часть — нет (k = 1). Промежуточный отжиг выполняли по режиму 620 ± 10 ^oC / 5 ч, а окончательный — варьируя режим и получая значение величины зерна μ = 15–130 мкм. Формовку и высокочастотную сварку латунных труб проводили на трубоэлектросварочном агрегате ТЭСА 15-50 по режиму: частота 440 кГц, скорость 59–60 м/мин, напряжение на аноде 10–11 кВ, ток индуктора колебательного контура 0,85–0,95 МА, ток на сетке 4,8 А, ток на аноде 16 А. Сваренные трубы испытывали на раздачу и сплющивание, контролировали химический состав и структуру, подвергали волочению и окончательному гидрологическому испытанию на целостность под высоким давлением. Качество сварки оценивали количественно в баллах от 1 до 5. Установлено, что отрицательное влияние на качество оказывают величина зерна микроструктуры μ, толщина ленточной заготовки h и содержание Pb, а положительное — содержаниеSi (с достоверностью >99,99 %) и число переходов при прокатке k. При любом сочетании прочих факторов содержание 0,1–0,3 %Si и μ ≤ 100 мкм обеспечивали балл качества сварки, равный 5. Однако настолько высокое содержание Si приводило к существенным производственным трудностям и потенциальной опасности возникновения брака по химическому составу и механическим свойствам. С целью уменьшения необходимого содержания Si за счет ограничения других параметров производства дополнительно варьировали значения h, Pb и k. На основании полученных результатов разработан комплекс ограничений: технологических (h ≥ 1,4 мм; k ≥ 2; μ ≤ 50 мкм) и химического состава (0,05–0,1 % Si, ≤0,018 % Pb). Производство ленточной заготовки, в соответствии с данными ограничениями приводило к получению труб максимального качества.

1. Mishra S., Sharma S. K., Kumar S., Sagar K. et al. 40 kJ magnetic pulse welding system for expansion welding of aluminium 6061 tube // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 240. Р. 168–175.
2. Miao G., Li S.-X., Lu F., Liu Y.-J., Yang L.-M. Manufacture of brass tube bundles of heat exchangers // Petrochemical Equipment. 2017. Vol. 46, Iss. 3. Р. 31–35.
3. Kazano W., Beszak B., Karbownik A. Copper and brass tubes from strip // Tube Int. 1989. Vol. 8. No. 2. Р. 90–92, 94.
4. Saluja R. S., Singh V. MADM-based approach for selection of welding process for aluminum tube manufacturing // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Vol. 949. Р. 441–450.
5. Yu E.-L., Xiao Y., Liu F., Li D.-L. et al. Welding and heat treatment of high frequency longitudinal welded pipe // Kang T’ieh. 2019. Vol. 54. No. 6. Р. 1–10.
6. Шевакин Ю. Ф., Ефремов Б. Н., Пинус Л. Н., Дозорцев Ю. К. Устранение растрескивания латуни при высокочастотной сварке труб // Цветные металлы. 1989. № 12. С. 81–84.
7. Кожин В. Д., Лужбина Л. Ю., Певзнер М. З. Предотвращение трещинообразования при трубосварке на Кировском заводе ОЦМ // Цветные металлы. 1990. № 12. С. 83, 84.
8. Шимов Г. В., Шалаева М. С., Сладков М. М. Методика определения остаточных напряжений в медных и латунных трубах // Цветные металлы. 2015. № 11. С. 80–84.
9. Антимонов А. М., Пушкарева Н. Б. Разработка технологии и оборудования для производства холоднодеформированных латунных труб для радиаторов автомобилей // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 88–94.
10. ГОСТ 15527–2004. Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки. — Введ. 01.07.2005.
11. Pevzner M. Z. Analysis of influence of technological factors on crack formation in welding of brass tube // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2005. Vol. 46. No. 4. P. 30.
12. Frame L. D., Davis K., Tupalo O., Ignatowski T., Nallen M. Aspects of precise heat input control for high frequency welding // ASM International – 29^th Heat Treating Society Conference, HEAT TREAT 2017. 2017. P. 524–533.
13. Заявка 59-126742, Япония, МКИ С 22 С 9/04. Медный сплав для сварных труб / Каваути Сусуму, Цудзи Масахиро, Ямамото Митиаки, Нисикава Киеаки // Заявл. 07.01.83 ; опубл. 21.07.84.
14. Ефимов И. В., Степанов П. П., Сорокин А. Е. Исследование процесса высокочастотной сварки труб с применением скоростной съемки // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2020. № 1. С. 12–20.
15. Goins P. E., Murdoch H. A., Hernandez-Rivera E., Tschopp M. A. Effect of magnetic fields on microstructure evolution // Сomputational materials science. 2018. Vol. 150. P. 464–474.
16. Nicolay A., Franchet J. M., Cormier J., Loge R. E. et al. Influence of joule effect heating on recrystallization phenomena in inconel 718 // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2021. Vol. 52, Iss. 10. P. 4572–4596.
17. Wu Y., Wang Q., Zhao X. Effect of high magnetic field on recrystallization behavior of cold rolled H70 brass // Journal of Physics Conference Series. 14^th National Conference on Theory of Magnetism. Hefei, China. 2017. Vol. 827. 012020.
18. Dughiero F., Forzan M., Pozza C., Sieni E. A translational coupled electromagnetic and thermal innovative model for induction welding of tubes // IEEE Transactions on Magnetics. 2012. Vol. 48. No. 2. P. 483–486.
19. Baake E., Nikanorov A., Ebel W. Numerical modeling of double high-frequency longitudinal welding of cladded pipes // XXI International Conference Complex Systems: Control and Modeling Problems (CSCMP). 2019. P. 39–42.
20. Ефремов Б. Н., Юшина Е. В., Платова С. Н., Васильев С. Д., Лаврентьев М. И. Структурные причины высоко температурного разрушения свинцовых латуней // Известия вузов. Цветная металлургия. 1988. № 4. С. 101–104.
21. Осинцев О. Е., Федоров В. Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки : cправочник. — М. : Машиностроение, 2004. — 336 с.
22. ГОСТ 8695–75. Трубы. Метод испытания на сплющивание. — Введ. 01.07.1977.
23. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2012. — 816 с.
24. Пат. 2290271 РФ. Способ производства ленты из сплава Л68, предназначенной для трубосварки / Певзнер М. З. ; заявл. 16.06.2004 ; опубл. 10.01.2006.
25. Горелик С. С., Добаткин С. В., Капуткина Л. М. Рекристаллизация металлов и сплавов : 3-е изд. — М. : МИСИС, 2005. — 432 с.
26. Pevzner M. Z., Sergeev D. G. Effect of impurities on the properties of brass L63 and preventive control of commercial batches of continuously annealed ribbon at the Kirov plant for processing nonferrous metals // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 63. No. 1-2. P. 53–59.
27. Wang Y., Wu J., Liu C., Chen L. Simulation and analysis of eddy current field and temperature field of strips during transverse flux continuous induction heating // Heat Treatment of Metals. 2019. Vol. 44, Iss. 1. P. 229–234.
28. Певзнер М. З., Широков Н. М., Хаютин С. Г. Непрерывная индукционная термообработка лент и полос. — М. : Металлургия, 1994. — 128 c.
29. Wang X.-P., Wang Z. Multifactorial operation optimization for continuous annealing process based on data analytics // Control and Decision. 2019. Vol. 34, Iss. 12. P. 2713–2720.
30. Пат. 2762503 РФ. Способ производства ленты из сплава Л68, предназначенной для высокочастотной продольной трубосварки / Певзнер М. З. ; заявл. 09.02.2021 ; опубл. 21.12.2021.